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多孔氧化铝和低维纳米硅材料的光学特性研究

曹小龙  
【摘要】:纳米材料由于其奇特的物理、化学性质在材料的智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等方面有着诱人的应用前景,因此纳米材料得到了蓬勃的发展。多孔氧化铝具有典型的自组织结构,孔径大小一致,尺寸可控,排列规则,具有这种特殊纳米结构的多孔氧化铝膜为研制开发新型功能材料开辟了一条新的途径。硅是微电子器件的主要材料,但硅的间接带隙特性严重制约了其在光电子领域的应用,制各低维纳米硅材料是调整晶体硅带隙、使其发出高效可见光的有效手段,近年来倍受人们关注。 论文的第一章是前言部分,对纳米的概念、纳米材料的特性等内容进行了介绍。在第二章里对多孔氧化铝模板进行了概述,介绍了它的形态、形成机制、制备方法等,并采用阳极氧化方法分别在硫酸、草酸、磷酸三种电解液中应用不同的氧化电压和不同的氧化时间制备了多孔氧化铝膜有序孔洞阵列,通过场扫描电镜观测了它们的表面和截面的形貌,分析了它们的透射光谱特性。结果表明,可以通过采用不同的酸性电解液、氧化电压和氧化时间等手段得到不同孔径、不同厚度的多孔氧化铝膜,而且它们在多个波长范围内都有很好的透射性能。 在第三章中,采用不同氧化电流密度制备了多孔硅,并利用超声波粉碎多孔硅层的方法得到分散的硅纳米颗粒,研究了多孔硅和硅纳米颗粒的荧光光谱性质,并对样品的发光谱进行了对比。结果表明,随着氧化电流密度的增加,多孔硅的发光峰值波长向短波方向移动。硅纳米颗粒相对于多孔硅发光强度提高,且峰值波长也发生了“蓝移”,观察到硅纳米颗粒极强的蓝紫光发射现象,并用量子限制效应-发光中心模型对实验现象进行了解释。 第四章利用高真空电子束蒸发方法在多孔氧化铝和硅片上生长了纳米硅薄膜,经高温真空退火后,在10K~300K温度范围内观测样品的荧光光谱特 摘要 性,并对样品进行了场扫描电镜、傅立叶红外吸收谱和X射线衍射谱的分析 测试。结果表明,随着温度的升高,样品的的发光峰位一般发生“红移”,但 在50K一80K范围内却出现了反常的“蓝移”现象;样品的发光强度基本是按 逐渐减小趋势变化,在60K一80K之间,发光强度有少许变大。讨论了纳米硅 薄膜的发光机理,用量子限制一发光中心模型对实验现象进行了解释。 在第五章里对以上实验进行了总结。


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